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CORSO DI ARCHITETTURE DI SISTEMI INTEGRATI - I anno Laurea Magistrale - Prof.Ing. Mauro Olivieri

Introduzione :
Richiami sui Sistemi Digitali
Evoluzione e diffusione della microelettronica
VLSI = architetture + circuiti
Flussi di progettazione VLSI digitale :
Livelli di modellazione e simulazione: layout, circuito, logico, Register-Transfer-Level, behavioral, algoritmico
Classificazione delle metodologie di progettazione e realizzazione: full-custom, semi-custom, core-based; standard cell, fpga e cpld
Concetti avanzati sui circuiti digitali CMOS :
Porte statiche
Porte dinamiche
Sintesi logica di porte complesse
Logiche a pass transistor
Logica NORA
Flip-flop
Latch
Celle di memoria
Parametri tecnologici attuali
Caratteristiche rilevanti dei ritardi di propagazione
Il metodo del Logical Effort per il progetto di logiche CMOS ad alta velocita': approccio formale ed esempi
Cenno alla progettazione del layout :
Concetti generali sugli elementi del layout
Celle elementari e blocchi complessi;
Cenni alla distribuzione del clock (clock tree) e delle alimentazioni, criteri elementari sul floorplan
Strategie di progetto della temporizzazione :
Strategie di clocking nel full-custom: due fasi, pseudo-due-fasi, true-single-phase (TSPC)
Strategie di clocking nelle altre metodologie: edge triggering;
Problema del clock skew
Cenno ai sistemi self-timed: micropipeline, circuiti sequenziali asincroni, delay insensitivity
Micro-architetture di sotto-sistemi VLSI di largo uso (cores) per data-path e control-path :
Architetture di register file
Achitetture di memorie statiche e dinamiche
Architetture di addizionatori: ripple, carrylookahed, carry select, Manchester
Architetture di sottrattori: complemento a 2
Architetture di contatori
Architetture di moltiplicatori: seriale-parallelo, array, carry save array, Booth recoding
Architetture di shifter e altre funzioni complesse o speciali
Cenno ad architetture di macchine a stati come PLA statiche e dinamiche
Micro-architetture e strategie di progetto per sistemi a basso consumo :
"Low power design": modelli del consumo
Metodi di progetto low power gate-level
Metodi di progetto low power architecture level (RTL)
Esempi illustrativi delle metodologie
Progetto logico e Register-Transfer-Level
Richiami sulle definizioni delle reti combinatorie in pipeline, delle reti sequenziali sincrone
Linguaggio VHDL: costrutti elementari ed esempi, sintesi su standard cell, sintesi su fpga
Metodologia di progetto a livello RTL: extended ASM diagrams e passaggio al VHDL
Progetto di sistemi di elaborazione digitale
Architetture "aperte" e "chiuse": dedicate, programmabili special purpose, general purpose;
Modello control-path/data-path.
Alternative per il control path: macchina a stati PLA, macchina a stati VHDL, macchina microprogrammata
Elaborazione in pipeline
Alternative per il data-path: schema Von Neumann, schema Harvard, unita' funzionali tipiche e atipiche
Esempio di progetto di un sistema integrato: metodologie alternative :
Un semplice filtro di estrazione contorni in tempo reale per schede grafiche specializzate
Descrizione algoritmica
Descrizione extended ASM: scelte sulla schedulazione delle operazioni
Estrazione del data-path. Passaggio al VHDL e sintesi RTL
Sintesi separata control path data-path e del data-path
Soluzione per alte prestazioni: sintesi custom del control path come PLA dinamica
Sintesi custom di blocchi critici del data-path con logiche dinamiche
Soluzione per la flessibilita’: architettura programmabile
Definizione set di istruzioni prototipale e suo miglioramento
sintesi dell’architettura programmabile con i metodi illustrati
Struttura e funzionamento di microprocessori VLSI:
Architetture CISC, RISC, superscalari;
Branch prediction;
Schedulazione dinamica, schedulazione statica (VLIW),
Esempi di strutture realizzative (microarchitetture) tipiche;
Valutazione e definizione delle prestazioni di un sistema di elaborazione digitale:
Definizioni, legge di Amdhal, legge della pipeline, altri concetti speciali;
analisi quantitativa dei costi di sviluppo e fabbricazione per le diverse alternative progettuali. 

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